Graphene dan aplikasinya. Penemuan graphene. Nanoteknologi di dunia modern

Relatif baru dalam Sains dan Teknologi merupakan daerah baru, yang disebut nanoteknologi. Prospek untuk disiplin ini tidak hanya luas. Mereka ambisius. Partikel, disebut sebagai "nano" adalah nilai sama dengan satu miliar dari sebagian kecil dari nilai apapun. Ukuran ini hanya dapat dibandingkan dengan ukuran atom dan molekul. Misalnya, nanometer disebut satu-miliar meter.

Arah utama dari bidang baru ilmu pengetahuan

Nanoteknologi disebut orang-orang yang memanipulasi materi pada tingkat molekul dan atom. Oleh karena itu, daerah ini ilmu juga disebut teknologi molekuler. Apa adalah dorongan untuk pengembangan? Nanoteknologi dalam dunia modern telah muncul berkat kuliah Richarda Feynmana. Di dalamnya ilmuwan telah membuktikan bahwa tidak ada hambatan untuk penciptaan makhluk langsung dari atom.

Berarti untuk manipulasi efektif partikel kecil yang disebut assembler. nanomachine ini molekul, yang dapat digunakan untuk membangun struktur apapun. Misalnya, assembler bisa disebut ribosom alami sintesis protein dalam organisme hidup.

Nanoteknologi di dunia modern tidak hanya satu daerah keahlian. Mereka mewakili lingkup yang luas dari penelitian yang berkaitan langsung dengan banyak ilmu yang mendasar. Diantaranya adalah fisika, kimia dan biologi. Menurut para ilmuwan, ilmu ini akan memiliki dorongan yang paling kuat untuk pengembangan terhadap latar belakang dari revolusi milyuner-pulsa datang.

lingkup aplikasi

Daftar semua bidang aktivitas manusia, di mana nanoteknologi digunakan saat ini, adalah mustahil karena daftar yang sangat mengesankan. Jadi, dengan bantuan bidang ini ilmu diproduksi:

- perangkat untuk superdense merekam informasi;
- berbagai peralatan;
- sensor, sel surya, transistor semikonduktor;
- informasi, komputasi dan teknologi informasi;
- nanoimprint dan nanolithography;
- perangkat untuk menyimpan energi, dan sel bahan bakar;
- pertahanan, ruang dan penerbangan aplikasi;
- bioinstrumentary.

Di lapangan ilmiah ini nanoteknologi di Rusia, Amerika Serikat, Jepang dan beberapa negara Eropa dengan lebih banyak dana yang dialokasikan setiap tahun. Hal ini disebabkan prospek yang luas untuk pengembangan lingkup penelitian ini.

Nanoteknologi berkembang di Rusia sesuai dengan target program Federal, yang menyediakan biaya keuangan tidak hanya besar, tetapi juga membawa sejumlah besar desain dan penelitian karya. Untuk mencapai tujuan akan menyatukan upaya dari berbagai sistem ilmiah dan teknologi di tingkat perusahaan nasional dan multinasional.

materi baru

Nanoteknologi telah memungkinkan para ilmuwan untuk menghasilkan piring karbon lebih keras dari berlian yang ketebalan hanya satu atom. Ini terdiri dari graphene. Ini adalah bahan tertipis dan terkuat di alam semesta, yang mentransmisikan listrik jauh lebih baik daripada chip komputer silikon.

Penemuan graphene adalah peristiwa revolusioner yang nyata, yang akan memungkinkan banyak perubahan dalam hidup kita. Bahan ini sifat fisik begitu unik yang secara fundamental mengubah sifat manusia dari hal-hal dan zat.

Sejarah penemuan

Graphene adalah kristal dua dimensi. Strukturnya adalah kisi heksagonal yang terdiri dari atom karbon. studi teoritis dari graphene dimulai jauh sebelum mendapatkan desain yang sebenarnya, karena bahan ini merupakan dasar untuk membangun kristal grafit tiga dimensi.

Bahkan pada tahun 1947 G. P. Volles dia memiliki beberapa sifat dari graphene, membuktikan bahwa struktur adalah logam yang sama, dan beberapa karakteristik mirip dengan partikel ultra-relativistik, neutrino dan foton tak bermassa. Namun, materi baru ada perbedaan yang signifikan tertentu yang membuatnya unik di alam. Tapi konfirmasi temuan ini diperoleh hanya pada tahun 2004, ketika Konstantin Novoselov dan Andrey Geim pertama kali diperoleh oleh karbon di negara bebas. Zat baru ini disebut graphene, dan merupakan ilmuwan penemuan besar. Cari item ini dapat dengan pensil. batang grafit yang terdiri dari beberapa lapisan graphene. Bagaimana pensil meninggalkan tanda pada kertas? Faktanya adalah bahwa, meskipun kekuatan komponen inti dari lapisan, ada hubungan yang sangat lemah di antara mereka. Mereka sangat mudah untuk jatuh dalam kontak dengan kertas, meninggalkan jejak dalam menulis.

Menggunakan materi baru

Menurut para ilmuwan, sensor yang didasarkan pada graphene, mampu menganalisis kekuatan dan kondisi pesawat, serta untuk memprediksi gempa bumi. Tapi hanya jika bahan dengan sifat tersebut akan meninggalkan laboratorium dinding yang menakjubkan menjadi jelas aplikasi praktis akan mengembangkan ke arah substansi. Pada saat hari, ahli kimia, fisika dan insinyur listrik sudah tertarik pada kemampuan unik dari graphene. Setelah hanya beberapa gram zat dapat ditutupi wilayah, sama dengan lapangan sepak bola.

Graphene dan penerapannya berpotensi dianggap dalam memproduksi satelit dan pesawat ringan. Di daerah ini, materi baru dapat menggantikan serat karbon dalam bahan komposit. Nanomaterials dapat digunakan sebagai pengganti transistor silikon dan implementasinya dalam plastik memberikan konduktivitas listrik.

Graphene dan penggunaannya dianggap dalam pembuatan hal sensor. Perangkat ini terbentuk atas dasar materi terbaru akan dapat mendeteksi molekul yang paling berbahaya. Tetapi penggunaan Nano-bubuk dalam produksi baterai listrik di kali untuk meningkatkan efektivitas mereka.

Graphene dan aplikasinya dibahas dalam Optoelektronik. Dari materi baru akan berubah plastik yang sangat ringan dan tahan lama dari mana kontainer akan memungkinkan untuk beberapa minggu untuk menjaga makanan segar.

Penggunaan graphene dan diharapkan untuk memproduksi lapisan konduktif transparan diperlukan untuk monitor, panel surya dan kuat dan lebih tahan terhadap efek mekanik dari turbin angin.

nanomaterial berbasis akan memiliki peralatan olahraga yang lebih baik, implan medis dan supercapacitors.

Juga, graphene dan aplikasi yang relevan dengan:

- perangkat elektronik frekuensi tinggi daya tinggi;
- membran buatan memisahkan dua cairan di dalam tangki;
- meningkatkan sifat konduktivitas dari berbagai bahan;
- menciptakan tampilan pada organic light emitting diode;
- percepatan pengembangan teknik baru dari sekuensing DNA;
- perbaikan liquid crystal display;
- transistor balistik.

Penggunaan dalam industri otomotif

Menurut peneliti, energi spesifik mendekati graphene 65 kWh / kg. Angka ini 47 kali lebih tinggi daripada yang begitu umum saat ini baterai lithium-ion. Fakta ini, para ilmuwan telah digunakan untuk menciptakan generasi baru dari pengisi daya baterai.

Graphene polimer baterai - perangkat dengan cara yang daya listrik maksimum efisien dipertahankan. Saat ini, bekerja pada itu dilakukan oleh para peneliti di banyak negara. Kemajuan yang signifikan dicapai ilmuwan Spanyol dalam hal ini. baterai graphene-polimer, mereka menciptakan memiliki konsumsi energi, ratusan kali lebih besar dari angka yang sama untuk baterai yang ada. Mereka menggunakannya untuk melengkapi kendaraan listrik. Mesin yang dipasang baterai graphene, dapat melakukan perjalanan tanpa henti ribuan kilometer. Untuk mengisi ulang sumber energi listrik ketika kelelahan akan membutuhkan tidak lebih dari 8 menit.

touchscreens

Para ilmuwan terus mengeksplorasi graphene, menciptakan hal-hal baru dan tak tertandingi. Dengan demikian, nanomaterial karbon telah menemukan aplikasi dalam produksi yang menghasilkan layar sentuh dengan layar lebar. Istilah ini mungkin muncul dan perangkat yang fleksibel dari jenis ini.

Para ilmuwan mendapat selembar graphene adalah berbentuk persegi panjang dan mengubahnya menjadi sebuah elektroda transparan. Dia juga berpartisipasi dalam karya layar sentuh, sangat mengurangi daya tahan, transparansi, fleksibilitas, ramah lingkungan dan biaya rendah.

memperoleh graphene

Sejak tahun 2004, ketika dibuka Nanomaterials terbaru, para ilmuwan telah menguasai sejumlah metode untuk persiapan. Namun, yang paling dasar dari cara ini dianggap:

- pengelupasan kulit mekanis;
- Pertumbuhan epitaxial dalam ruang hampa;
- pendingin kimia perofaznogo (CVD-proses).

Yang pertama dari tiga metode ini adalah yang paling sederhana. produksi graphene dengan pengelupasan kulit mekanis adalah aplikasi khusus dari grafit ke permukaan perekat pita perekat. Setelah yayasan ini, seperti selembar kertas, mulai menekuk dan meluruskan, memisahkan bahan yang diinginkan. Ketika menerapkan metode graphene ini mendapatkan kualitas tertinggi. Namun, tindakan tersebut tidak cocok untuk produksi massal Nanomaterials.

Bila menggunakan metode pertumbuhan epitaksi wafer silikon tipis yang digunakan, lapisan permukaan yang silikon karbida. Selanjutnya, bahan ini dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi (1000 K). Sebagai hasil dari reaksi kimia dipisahkan dari atom silikon atom karbon, yang pertama menguap. Akibatnya, catatan tetap graphene murni. Kerugian dari metode ini adalah perlunya menggunakan suhu yang sangat tinggi, yang dapat terjadi selama pembakaran atom karbon.

paling dapat diandalkan dan sederhana metode yang digunakan untuk produksi massal graphene, sebuah CVD-proses. Ini adalah metode di mana reaksi kimia antara katalis dan hidrokarbon gas dilapisi logam-.

Yang memproduksi graphene?

Untuk saat ini, perusahaan terbesar, menghasilkan nanomaterial baru terletak di Cina. Nama produsen - Ningbo Morsh Teknologi. produksi graphene mereka mulai tahun 2012.

Konsumen utama nanomaterial adalah perusahaan Chongqing Morsh Teknologi. Graphene menggunakannya untuk produksi film transparan konduktif, yang dimasukkan ke dalam layar touchscreen.

Relatif baru, sebuah perusahaan terkenal Nokia telah mengeluarkan paten pada sensor gambar. Sebagai bagian dari ini sangat dibutuhkan adalah beberapa lapisan graphene instrumen elemen optik. Seperti bahan yang digunakan dalam sensor kamera sangat meningkatkan sensitivitas mereka (hingga 1000 kali). Pada saat yang sama diamati penurunan konsumsi listrik. kamera yang bagus untuk smartphone juga akan berisi graphene.

Persiapan lingkungan rumah tangga,

Apakah mungkin untuk menghasilkan graphene di rumah? Ternyata, ya! Anda hanya perlu mengambil kapasitas blender dapur tidak kurang dari 400 W, dan mengikuti metode yang dikembangkan oleh fisikawan Irlandia.

Bagaimana menghasilkan graphene di rumah? Untuk tujuan ini cangkir blender dituangkan 500 ml air dengan menambahkan 10-25 ml setiap deterjen cair dan 20-50 gram batu tulis hancur. Selanjutnya perangkat harus dijalankan dari 10 menit sampai setengah jam, sampai munculnya bubur serpih graphene. Bahan yang dihasilkan akan memiliki konduktivitas yang tinggi yang akan memungkinkan penggunaannya dalam elektroda sel surya. Graphene juga dapat memperbaiki sifat-sifat plastik yang dihasilkan di lingkungan domestik.

nanomaterial oksida

Para ilmuwan secara aktif meneliti dan struktur graphene sehingga di dalam atau di tepi jala karbon terpasang atau kelompok fungsional yang mengandung oksigen (s) dari molekul. Nano-oksida padat ini yang merupakan gambar dua dimensi pertama, yang telah mencapai tahap produksi komersial. Dari nano dan mikro dari struktur ini para ilmuwan sentimeter sampel yang dihasilkan.

Dengan demikian, graphene oksida dalam kombinasi dengan diofilizirovannym karbon baru-baru ini diperoleh oleh para ilmuwan Cina. Ini adalah sebuah kubus sentimeter bahan yang sangat ringan yang diselenggarakan pada kelopak bunga kecil. Tapi substansi baru ini, di mana graphene oksida adalah salah satu yang paling padat di dunia.

aplikasi biomedis

Oksida graphene memiliki properti unik selektivitas. Hal ini akan memungkinkan substansi untuk menemukan aplikasi biomedis. Jadi, berkat kerja ilmuwan adalah mungkin untuk menggunakan graphene oksida untuk diagnosis kanker. Mendeteksi kanker pada tahap awal perkembangannya memungkinkan sifat optik dan listrik yang unik dari nanomaterial.

Juga graphene oksida memungkinkan pengiriman ditargetkan obat-obatan dan diagnosa. Atas dasar bahan ini adalah biosensor penyerapan, menunjuk ke molekul DNA.

aplikasi industri

Berbagai agen penyerap berdasarkan graphene oksida dapat diterapkan pada benda-benda alam dan buatan manusia yang terinfeksi dezaktsivatsii. Sebuah potongan nanomaterial aktif dapat memproses air tanah dan air permukaan, tanah dan membersihkan mereka dari radionuklida.

Filter dari graphene oksida dapat memberikan tempat superchistotoy, yang memproduksi komponen elektronik untuk aplikasi khusus. Sifat unik dari bahan ini akan menembus ke dalam teknologi lingkup kimia halus. Secara khusus, ini mungkin ekstraksi logam tersebar dan langka radioaktif. Dengan demikian, penggunaan graphene oksida memungkinkan untuk mengekstrak emas dari bijih kelas rendah.